(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスケットタイプのプレート式熱交換器を過冷却器として用いて冷却ブラインと水とを熱交換させて過冷却水を製造する方法において、
冷却ブラインまたは水の圧力を調整し、プレート式熱交換器におけるプレート間差圧を所定の差圧以上にして、圧力変動によるプレートの変形を抑えることを特徴とする、過冷却水の製造方法。
【請求項２】
ガスケットタイプのプレート式熱交換器を過冷却器として用いて冷却ブラインと水とを熱交換させて過冷却水を製造する方法において、
前記冷却ブラインまたは水の圧力を調整して、プレート式熱交換器におけるプレート間差圧が所定の差圧以上の状態で過冷却水を製造するようにし、
前記所定の差圧は、水とブラインを過冷却水の製造に必要な流量に設定して水を循環させた状態で、過冷却器に流入するブラインの圧力調整を行ない、過冷却器内の水流路の抵抗係数が水又はブラインの圧力変動や流量変動によらず一定となるプレート間差圧であることを特徴とする、過冷却水の製造方法。
【請求項３】
ガスケットタイプのプレート式熱交換器を過冷却器として用いて冷却ブラインと水とを熱交換させて過冷却水を製造する方法において、
前記冷却ブラインまたは水の圧力を調整して、プレート式熱交換器におけるプレート間差圧が所定の差圧以上の状態で過冷却水を製造するようにし、
前記所定の差圧は、水とブラインを過冷却水の製造に必要な流量に設定して水を循環させた状態で、過冷却器に流入するブラインの圧力調整を行ない、過冷却器に対して並列に流れる水のバイパス流路の流量と、過冷却器を流れる水の流量との流量比が水又はブラインの圧力変動によらず一定となるプレート間差圧であることを特徴とする、過冷却水の製造方法。
【請求項４】
ガスケットタイプのプレート式熱交換器を過冷却器として用いて冷却ブラインと水とを熱交換させて過冷却水を製造する方法において、
前記冷却ブラインまたは水の圧力を調整して、プレート式熱交換器におけるプレート間差圧が所定の差圧以上の状態で過冷却水を製造するようにし、
プレート間差圧を所定の差圧以上となるように前記冷却ブラインまたは水の圧力を調整するにあたっては、水とブラインを向流で熱交換させる場合には、過冷却器に対する水の入口圧力よりもブラインの出口圧力を大きくするか、又は過冷却器に対する水の出口圧力をブラインの入口圧力よりも大きくすることを特徴とする、過冷却水の製造方法。
【請求項５】
ガスケットタイプのプレート式熱交換器を過冷却器として用いて冷却ブラインと水とを熱交換させて過冷却水を製造する方法において、
前記冷却ブラインまたは水の圧力を調整して、プレート式熱交換器におけるプレート間差圧が所定の差圧以上の状態で過冷却水を製造するようにし、
プレート間差圧を所定の差圧以上となるように前記冷却ブラインまたは水の圧力を調整するにあたっては、水とブラインを並流で熱交換させる場合には、過冷却器に対するブラインの入口圧力を水の入口圧力よりも大きくするとともに過冷却器に対するブラインの出口圧力を水の出口圧力よりも大きくするか、又は過冷却器に対する水の入口圧力をブラインの入口圧力よりも大きくするとともに過冷却器に対する水の出口圧力をブラインの出口圧力よりも大きくすることを特徴とする、過冷却水の製造方法。
【請求項６】
ブラインの膨張タンクの位置を高くして、過冷却器に対する水の入口圧力よりもブラインの出口圧力を大きくして向流で熱交換させることを特徴とする、請求項４に記載の過冷却水の製造方法。
【請求項７】
ブラインの膨張タンクの位置を高くして、過冷却器に対するブラインの出口圧力を水の出口圧力よりもよりも大きくするとともに過冷却器に対するブラインの入口圧力を水の入口圧力よりも大きくして並流で熱交換することを特徴とする、請求項５に記載の過冷却水の製造方法。
【請求項８】
ブラインの配管に密閉式膨張タンクを取り付け、当該密閉式膨張タンク内のガス圧を調整することでブラインの静圧を調整して、過冷却器に対する水の入口圧力よりもブラインの出口圧力を大きくして向流で熱交換させることを特徴とする、請求項４に記載の過冷却水の製造方法。
【請求項９】
ブラインの配管に密閉式膨張タンクを取り付け、当該密閉式膨張タンク内のガス圧を調整することでブラインの静圧を調整して、過冷却器に対するブラインの出口圧力を水の出口圧力よりもよりも大きくするとともに過冷却器に対するブラインの入口圧力を水の入口圧力よりも大きくして並流で熱交換することを特徴とする、請求項５に記載の過冷却水の製造方法。
【請求項１０】
ブラインポンプの揚程を、定格流量及び配管システムの抵抗に対して大きく選定し、過冷却器のブライン出口に設置した弁を絞ることで定格流量に調整して、過冷却器に対する水の入口圧力よりもブラインの出口圧力を大きくして向流で熱交換させることを特徴とする、請求項４に記載の過冷却水の製造方法。
【請求項１１】
ブラインポンプの揚程を、定格流量及び配管システムの抵抗に対して大きく選定し、過冷却器のブライン出口に設置した弁を絞ることで定格流量に調整して、過冷却器に対するブラインの出口圧力を水の出口圧力よりもよりも大きくするとともに過冷却器に対するブラインの入口圧力を水の入口圧力よりも大きくして並流で熱交換することを特徴とする、請求項５に記載の過冷却水の製造方法。
【請求項１２】
過冷却器に対する水の出口圧力が、当該過冷却器の水側損失圧力とブライン側損失圧力の和よりも高くなるように、当該過冷却器の設置位置を、過冷却器からの過冷却水によって製造された氷を蓄える氷蓄熱槽の水面よりも低い位置に設置し、過冷却器に対する水の出口圧力をブラインの入口圧力よりも大きくして向流で熱交換させることを特徴とする、請求項４に記載の過冷却水の製造方法。
【請求項１３】
過冷却器に対する水の出口圧力が、当該過冷却器の水側損失圧力とブライン側損失圧力の和よりも高くなるように、当該過冷却器の設置位置を、過冷却器からの過冷却水によって製造された氷を蓄える氷蓄熱槽の水面よりも低い位置に設置し、過冷却器に対する水の出口圧力をブラインの出口圧力よりも大きくするとともに過冷却器に対する水の入口圧力をブラインの入口圧力よりも大きくして並流で熱交換することを特徴とする、請求項５に記載の過冷却水の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍機等のブラインと水とをガスケットタイプのプレート式熱交換器を用いて熱交換することで、０℃以下の過冷却水を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
氷蓄熱システムにおいては、０℃以下の過冷却水を過冷却器によって連続製造し、当該過冷却水の過冷却状態を解除することで、シャーベット状の氷が連続して製造されている。かかる場合、過冷却水を製造するための方法としては、たとえば特許文献１のように、シェルアンドチューブ型の熱交換器を用いて水を冷却して、伝熱面の温度を例えば−５．８℃〜０℃に維持する方法が実用化されている。
【０００３】
その一方、シェルアンドチューブ型の熱交換器よりも小型化が可能で熱交換効率がより高いプレート式熱交換器が、装置の小型化、低コスト化の観点から、近年用いられるようになっている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１−１１４６８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、プレート式熱交換器を用いて過冷却水を製造するシステムでは、２流体の伝熱面間差圧（プレート間差圧）が近接するようなシステム構成・配置で運転すると、たとえ伝熱面温度を−５．８℃〜０℃に維持しても、熱交換器内で過冷却状態が壊れ、その結果過冷却器内が凍結して過冷却水の製造が維持できないという問題があった。
【０００６】
これは次の事が原因であると考えられる。すなわち特に大型のシステムで用いるプレート式過冷却器は、ガスケットを用いてプレート同士を仕切る構造のものが使用されているが、ガスケットタイプのプレート式熱交換器では、二流体（水とブライン）間の混合と外部への漏洩を防止するために、プレートの外周部と二流体間の仕切りにガスケットが使用されており、両端に位置するエンドプレートを締め付けることによってガスケットを潰し、所定のシール能を得ている。そしてガスケットは通常、プレート面同士が完全に接触する圧着力よりも小さい圧着力で所定のシール能を発揮できるように設計されているため、プレート間（プレート面上の山−谷間）には隙間が生じている。一方プレート式熱交換器に使用するプレートは、伝熱性を向上させる目的で、非常に薄い金属を波板状に加工したものが使用されている。
【０００７】
このように、プレート間に隙間があり、しかも薄い金属を波板状に加工したプレートが、例えばポンプの脈動や自動バルブの開閉等によりブラインや水の圧力に変動が生ずると、当該変動に応じてプレート面が膨出するなどして移動、変形し、その結果プレートの表面同士が衝突することになる。過冷却水中での固体同士の衝突は過冷却解除のトリガーとなることが判っているので（斉藤、大河、宇根、田之頭、戸敷：「過冷却水の凝固に影響を及ぼす外的要因に関する研究」  日本冷凍協会論文集、８（２）、  １５１（１９９１）、発明者らの知見によれば、前記したような過冷却器内部でのプレート同士の衝突が、凍結の原因となっていると考えられる。
【０００８】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、ブラインと水に何らかの理由で圧力変動が生じても、過冷却器内部でプレート同士が衝突することを回避するような状態で過冷却器を運転するようにして、過冷却器内部での凍結を防止することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するため、本発明は、ガスケットタイプのプレート式熱交換器を過冷却器として用いて冷却ブラインと水とを熱交換させて過冷却水を製造する方法において、冷却ブラインまたは水の圧力を調整し、プレート式熱交換器におけるプレート間差圧を所定の差圧以上にして、圧力変動によるプレートの変形を抑えることを特徴としている。
【００１０】
過冷却水を製造する場合、水及びブラインの流量は調節器によって常に一定値に保持されているため、プレートの移動が無ければプレート式熱交換器の抵抗係数および圧力損失は、一定になる。しかし実際にはプレート間に隙間が存在するため、水側の圧力がブライン側の圧力よりも高いときには水側流路が広がってブライン側流路を狭め、逆にブライン側の圧力が水側の圧力よりも高いときにはブライン側流路が広がって水側流路を狭める。発明者らの知見では、プレート間差圧の絶対値が十分大きくなければプレート式熱交換器の抵抗係数はプレート間差圧によって変化し、その結果圧力損失も変化する。しかしながら、プレート間差圧がある程度十分に大きいところでは、抵抗係数が一定になるところがあることが判明した。したがって、冷却ブラインまたは水の圧力を調整して、そのような差圧の下で運転するようにすれば、圧力損失を一定にして、ポンプの脈動等によって運転中に圧力変動が変動しても、プレートの変形を抑えることができる。
【００１１】
前記所定の差圧は、水とブラインを過冷却水の製造に必要な流量に設定して水を循環させた状態で、過冷却器に流入するブラインの圧力調整を行ない、過冷却器に対する水の出入りの抵抗係数が水又はブラインの圧力変動によらず一定となるプレート間差圧としてもよい。
【００１２】
また前記所定の差圧は、水とブラインを過冷却水の製造に必要な流量に設定して水を循環させた状態で、過冷却器に流入するブラインの圧力調整を行ない、過冷却器に対して並列に流れる水のバイパス流路の流量と、過冷却器を流れる水の流量との流量比が水又はブラインの圧力変動によらず一定となるプレート間差圧としてもよい。
【００１３】
プレート間差圧を所定の差圧以上となるように調整するにあたっては、水とブラインを過冷却器において両者を向流で熱交換させるか、あるいは並流で熱交換させるかによって、具体的な手法が異なる。
【００１４】
発明者らの知見では、ガスケットタイプのプレート式熱交換器を過冷却器として用いて冷却ブラインと水とを熱交換させる際には、両者を向流で熱交換させるか、あるいは並流で熱交換させるかの２つのケースがあり、各々のケースにおいて、差圧（水圧力及び／又はブライン圧力）が変動してもブラインまたは水流路の抵抗係数が変動しない（すなわち、プレートが変形しない）圧力条件は、図１の模式図で示したような、４通りがある。なお図中、Ｂｒはブラインを意味しており，縦軸は圧力損失を知るための圧力値を示している。ここでブラインと水の圧力降下を示す傾きがブラインと水とでは異なって描図しているのは，一般にブライン側と水側とでは，スケットタイプのプレート式熱交換器においては，各々の圧力損失が同じではないからである。
【００１５】
まず向流でブラインと熱交換する場合には、図１のＡ、Ｂのケースがあり、ケースＡにおいては、ブライン出口（Ａ３）の圧力が水の入口（Ａ４）の圧力よりも大きいことが条件となり、かかる場合、ブライン出口（Ａ３）の圧力＞水の入口（Ａ４）の圧力と設定することで、過冷却器内全域で局所的なプレート間差圧が常に同じ符号となる（過冷却器内部で大小関係が逆転しない）圧力状態になることがわかった。したがって、ブライン出口（Ａ３）と水の入口（Ａ４）の２点で大小関係を規定すれば、プレート間差圧を所定の差圧以上となるように調整することができる。
【００１６】
同様に、ケースＢにおいては、水の出口（Ｂ１）＞ブラインの入口（Ｂ２）を満たせば、過冷却器内の全域で水圧力＞ブライン圧力となり、プレート間差圧を所定の差圧以上となるように調整することができる。
【００１７】
このようなことから、プレート間差圧を所定の差圧以上となるように前記冷却ブラインまたは水の圧力を調整するにあたっては、水とブラインを向流で熱交換させる場合には、過冷却器に対する水の入口圧力よりもブラインの出口圧力を大きくするか（ケースＡ）、又は過冷却器に対する水の出口圧力をブラインの入口圧力よりも大きくする（ケースＢ）ことを提案できる。
【００１８】
次に並流でブラインと熱交換する場合には、図１のＣ、Ｄのケースがある。ケースＣにおいては，過冷却器内の全域でブライン圧力＞水圧力とするには，ブラインの入口（Ｃ１）の圧力＞水の入口（Ｃ２）の圧力であって，かつブラインの出口（Ｃ３）の圧力＞水の出口（Ｃ４）の圧力となるように調整すればよいと考えられる。同様にして、ケースＤにおいては、過冷却器内の全域でブライン圧力＞水圧力とするには，水の入口（Ｄ１）の圧力＞ブラインの入口（Ｄ２）の圧力であって，かつ水の出口（Ｄ３）の圧力＞ブラインの出口（Ｄ４）の圧力となるように調整すればよいと考えられる。
【００１９】
このようなことから、プレート間差圧を所定の差圧以上となるように前記冷却ブラインまたは水の圧力を調整するにあたっては、水とブラインを並流で熱交換させる場合には、過冷却器に対するブラインの入口圧力を水の入口圧力よりも大きくするとともに過冷却器に対するブラインの出口圧力を水の出口圧力よりも大きくするか（ケースＣ）、又は過冷却器に対する水の入口圧力をブラインの入口圧力よりも大きくするとともに過冷却器に対する水の出口圧力をブラインの出口圧力よりも大きくする（ケースＤ）ことを提案できる。
【００２０】
図１に示したケースＡ、ケースＣを実現するにあたっては、例えばブラインの膨張タンクの位置を高くしたり、ブラインの配管に密閉式膨張タンクを取り付け、当該密閉式膨張タンク内のガス圧を調整することでブラインの静圧を調整したり、あるいはブラインポンプの揚程を、定格流量及び配管システムの抵抗に対して大きく選定し、過冷却器のブライン出口に設置した弁を絞ることで定格流量に調整することが提案できる。
【００２１】
また図１に示したケースＢ、ケースＤを実現するにあたっては、過冷却器に対する水の出口圧力が、当該過冷却器の水側損失圧力とブライン側損失圧力の和よりも高くなるように、当該過冷却器の設置位置を、過冷却器からの過冷却水によって製造された氷を蓄える氷蓄熱槽の水面よりも低い位置に設置することが提案できる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、プレート式熱交換器を用いて過冷却水を製造する際、ブラインや水に何らかの理由で圧力変動が生じても、過冷却器内部でプレート同士が衝突することを抑えて、過冷却器内部での凍結を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図２は、実施の形態にかかる過冷却水製造方法が実施される氷蓄熱システムの全体の概要を示しており、氷蓄熱槽１からポンプ２によって水を取水し、予熱装置３によって氷核を完全に無くした後に、プレート式熱交換器で構成された過冷却器４において、冷凍機５からポンプ６によって送られた低温のブラインと熱交換することで、氷蓄熱槽１から取水された水は０℃以下の過冷却水となる。
【００２４】
過冷却水は、伝播防止装置７を経て、例えば密閉系の過冷却解除装置８によって氷水に変換され、再び氷蓄熱槽１に戻される。氷水は氷蓄熱槽１内で氷と水の比重差から分離する。このサイクルを繰り返すことで、氷蓄熱槽１内の水が氷に変換されて、冷熱が蓄熱される。過冷却器４は、図３に示すようなプレート式熱交換器が用いられている。
【００２５】
すなわちこの過冷却器４は、多数のプレート１１を、ガスケット１２を挟んで両端のエンドプレート１３、１４間に積層した構造を有し、プレート１１、ガスケット１２を貫通したシャフト１５の端部をエンドプレート１４の外側からナット１６で締め付けることによって一体化されている。そして各プレート１１の上端近傍を貫通する水流路１７からの水と、各プレート１１の下端近傍を貫通するブライン流路１８からのブラインは、各プレート１１とガスケット１２とによって形成された空間内に交互に流れており、プレート１１を介して両者が熱交換されるようになっている。
【００２６】
次に過冷却器４周りの系統について図４に基づいて説明する。この過冷却器４に対しては、氷蓄熱槽１と過冷却器４との間で循環する水配管系２０と、冷凍機５と過冷却器４との間で循環するブライン配管系３０とが配管されている。またこの例では、向流でブラインと水とを熱交換する構成となっている。
【００２７】
水配管系２０は、過冷却器４から氷蓄熱槽１に向かう水往管２１と、氷蓄熱槽１から過冷却器４に向かう水還管２２とを有している。水往管２１には、過冷却器４から出る水の出口側の圧力を計測する第１の圧力計２３、バルブ２４、過冷却解除装置８が設けられている。水還管２２には、ポンプ２、予熱装置３、バルブ２５、過冷却器４に流入する水の流量を計測する流量計２６、過冷却器４に流入する水の入口側の圧力を計測する第２の圧力計２７が設けられている。そして流量計２６によって計測された水の流量は、制御装置２９へと出力され、制御装置２９は、これに基づいて所定の流量値となるように、バルブ２５を制御するようになっている。
【００２８】
ブライン配管系３０は、過冷却器４から冷凍機５に向かうブライン往管３１と、冷凍機５から過冷却器４に向かうブライン還管３２とを有している。ブライン往管３１には、過冷却器４から出るブラインの出口側の圧力を計測する第３の圧力計３３、バルブ３４、ポンプ６が設けられている。またブライン還管３２には、過冷却器４に流入するブラインの流量を計測する流量計３５、過冷却器４に流入するブラインの入口側の圧力を計測する第４の圧力計３６が設けられている。そしてブライン往管３１におけるポンプ６と過冷却器４との間の配管には（すなわちポンプ６のサクション側には）、膨張タンク３７が設けられている。
【００２９】
図４に示した氷蓄熱システムは以上の構成を有しており、次にこのシステムにおいて、圧力変動によってプレートが変形、移動しないレベルの差圧の求め方について説明する。まず水とブラインの流量を制御する制御装置２９、３８における設定値を、水とブラインを過冷却水の製造に必要な流量に設定して水を循環させる。この例では、水の流量は７００ｌ／ｍｉｎ、ブラインの流量は６００ｌ／ｍｉｎである。
【００３０】
そしてバルブ２５を操作して水の流量を一定に調整し、過冷却器４におけるプレート１１の差圧ΔＰ（すなわち各プレート１１の両面におけるブライン圧力−水の圧力の差）を徐々にマイナス側に下げ、下げた時のΔＰ（第３の圧力計３３の計測値−第２の圧力計２７の計測値、または第４の圧力計３６の計測値−第１の圧力計２３）と、過冷却器４の水側圧力損失（第１の圧力計２３の計測値−第２の圧力計２７の計測値）の関係を記録する。
【００３１】
そして水の流量を徐々に増加させて、過冷却器４の水側圧力損失（第１の圧力計２３の計測値−第２の圧力計２７の計測値）が減少し始めた時のΔＰをΔＰｍａｘ、過冷却器４の水側圧力損失（第１の圧力計２３の計測値−第２の圧力計２７の計測値）の減少が止まった時のΔＰをΔＰｍｉｎとする。
【００３２】
図５にプレート式熱交換器である過冷却器４プレート間の差圧ΔＰ（ブラインの出口圧力（第３の圧力計３３の計測値−第２の圧力計２３の計測値）に対する水側の圧力損失（第１の圧力計２３の計測値−第２の圧力計２７の計測値）の変化を実測した結果を示す。実測結果は図中の曲線Ｘで示した。
【００３３】
これによれば、プレート間差圧ΔＰを変化させると、図５における領域（１）、すなわちΔＰｍｉｎよりもさらに水の圧力が大きい領域と、領域（３）すなわちΔＰｍａｘよりもさらにブラインの圧力が大きい領域では、圧力損失は変化しないが、領域（２）では差圧の変化と共に圧力損失が変化することがわかる。したがってΔＰｍａｘ以上あるいはΔＰｍｉｎ以下の差圧に設定すれば、水流路の圧力損失が圧力変動に対して変化しなくなることが判る。ここでは水流量が一定であるので、圧力損失が変化しなくなることは、抵抗係数が一定になっていることを意味する。水流路の抵抗係数が圧力変動に対して変化しなくなれば、ポンプの脈動等によってプレート間差圧が変動しても、プレートが変形、移動することはなく、安定した過冷却水の連続製造が可能になる。したがって、過冷却器４を運転しての氷蓄熱システムの立ち上げ時に、当該システムに使用した過冷却器４の適正な差圧運転条件を設定すれば、後はその差圧運転条件にしたがって、当該氷蓄熱システムを本運転させればよい。
【００３４】
なお図５に示した結果によれば、領域（１）、すなわちΔＰｍｉｎよりもさらに水の圧力が大きい領域、又は領域（３）すなわちΔＰｍａｘよりもさらにブラインの圧力が大きい領域となるように差圧設定条件を定めることになるが、領域（１）、すなわちΔＰｍｉｎよりもさらに水の圧力が大きい領域となるように差圧を設定するには、水量を定格よりも多くした状態で、水配管系２０の配管において、適当な位置に絞り弁やオリフィスを設けることが提案できる。また過冷却器４の設置位置を、過冷却器４からの過冷却水によって製造された氷を蓄える氷蓄熱槽１の水面よりも低い位置に設置し、過冷却器４に対する水の出口圧力をブラインの入口圧力よりも大きくするようにしてもよい。なおこの領域（１）は、図１に示したケースＢに該当する。
【００３５】
一方領域（３）すなわちΔＰｍａｘよりもさらにブラインの圧力が大きい領域となるように差圧を設定するには、密閉式の膨張タンク３７を通常より高い位置に設けるか、膨張タンク３７内のガス圧を高くしてブラインの静圧を調整することが提案できる。またさらにブライン配管系３０のポンプ６の揚程を、定格流量及び配管システムの抵抗に対して大きく設定し、過冷却器４のブライン往管３１における出口側に設置したバルブ３４を絞って定格流量に調整することが提案できる。なおこの領域（３）は、図１に示したケースＡに該当する。
【００３６】
次に他のプレート間差圧決定方法について説明する。図６は、その際に使用する機器等を備えた氷蓄熱システムの系統の概略を示しており、図６において図４と同一の符号で示される部材、機器等は、図４に示したものと同一のものである。そしてこの図６に示した氷蓄熱システムでは、図４に示した氷蓄熱システムから第２の圧力計２７、第３の圧力計３３を撤去し、代わって水配管系２０における水往管２１と水還管２２との間にバイパス管４１を設け、このバイパス管４１を流れる水の流量を計測するバイパス流量計４２と、バルブ４３とをバイパス管４１に設けたものである。すなわち、水配管系２０において過冷却器４に対して並列にバイパス管４１を配管したもので、被冷却熱媒の循環路でなく、バイパス流路に流量計測と流量制御の機能を持たせている。バイパス管４１は、鋼管、硬質塩ビ管、ステンレス鋼管、銅管などの剛性の高い材料で構成されている。その他の構成は、図４に示した氷蓄熱システムと同一である。なお、図４に示した氷蓄熱システムから第２の圧力計２７、第３の圧力計３３を撤去する代わりに、第１の圧力計２３、第４の圧力計３６を撤去して、第２の圧力計２７、第３の圧力計３３をそのまま設置してもよい。
【００３７】
このような図６に示した氷蓄熱システムにおいては、まず水とブラインの制御装置２９、３８の設定値を水とブラインを過冷却水の製造に必要な流量に設定して水を循環させ、バルブ２５を操作して水の流量を徐々に増加させ、差圧ΔＰを徐々に下げた時の、ΔＰ（第４の圧力計３６の計測値−第１の圧力計２３の計測値）と、バイパス流量計４２の計測値（Ｇ１）と流量計２６の計測値（Ｇ２）の関係を記録する。計測結果は図５のグラフに、小さい○でプロット表示した。図５の左縦軸は、図の右側のΔＰでＧ１／Ｇ２を定格流量（Ｇ１０／Ｇ２）に調整した後（Ｇ１０はＧ１の定格流量）、ΔＰを下げていった場合の、Ｇ１／Ｇ２の減少割合｛（Ｇ１／Ｇ２）／（Ｇ１０／Ｇ２）｝を示している。ここでは、Ｇ２（水の流量）は７００Ｌ／ｍｉｎに制御しているので、Ｇ１／Ｇ２の減少割合は「Ｇ１／Ｇ１０」の表現になる。
【００３８】
これによれば、領域（１）と領域（３）ではＧ１／Ｇ１０は変化しないが、領域（２）では差圧の変化と共にＧ１／Ｇ１０が変化することがわかる。これは、領域（２）では差圧の変動と共にプレート式熱交換器である過冷却器４内のプレートが移動、変形することを意味する。このことから、プレート間の差圧変動が起きてもプレート同士の衝突が起こらないようにするには、領域（１）と（３）内で運転圧力を選定すれば良いことがわかる。
【００３９】
以上説明した他のプレート間差圧の決定手法は、プレート式熱交換器である過冷却器４とバイパス管４１との流量比の変化からプレートの移動、変形を観測するものである。このような測定系では、水の流路は過冷却器４とバイパス管４１並列に接続されているが、過冷却器４を構成するプレート熱交換器と、バイパス流路とを複数の絞りによって構成された一種のラビリンス流路と考えた場合、それぞれの抵抗係数ξ及び損失水頭ｈは一般に式（１）で表される。
【００４０】
すなわち、ｈｉ  ＝  ａｉ・ξｉ・ｖｉ２／２ｇ・・・（１）
ｉ＝１（バイパス管４１の流路）又は２（過冷却器４の水側流路）（ａ：無次元定数（流路の形状に応じた定数），ｖ：流速，ｇ：重力加速度）である。
したがってバイパス管４１の損失水頭ｈ１は、
ｈ１  ＝  ａ１・ξ１・ｖ１２／２ｇ、
そして過冷却器４の水側流路の損失水頭ｈ２は、
ｈ２  ＝  ａ２・ξ２・ｖ２２／２ｇ、
となる。
【００４１】
またプレート式熱交換器の過冷却器４の入口とバイパス管４１の入口の断面積と流速をそれぞれｖ，Ａとすると、それぞれの流量Ｇは式（２）で表される。
Ｇｉ  ＝  ｖｉ・Ａｉ  ・・・（２）
ｉ＝１（バイパス管４１の流路）又は２（過冷却器４の水側流路）である。
すなわち、
バイパス管４１の流量Ｇ１は、
Ｇ１  ＝  ｖ１・Ａ１
過冷却器４の水側流路の流量Ｇ２は、
Ｇ２  ＝  ｖ２・Ａ２
となる。
【００４２】
この測定系では、プレート式熱交換器である過冷却器４とバイパス管４１の損失水頭は常に同じ（ｈ１＝ｈ２）であるため、式（１），（２）より、式（３）が得られる。
【００４３】
【数１】
0005149558.tif 000002
【００４４】
なおプレート熱交換器の過冷却器４の入口とバイパス管４１の入口の断面積は一定であるため、式（４）に示したように、ｂは定数となる。
【００４５】
【数２】
0005149558.tif 000003
【００４６】
ここでバイパス管４１は剛性の高い材料で作られているので抵抗係数ξ１は変化しない。このため、Ｇ１、Ｇ２を計測すれば、プレート式熱交換器内のプレートの移動、変形に伴う抵抗係数ξ２の変化を検出することができる。
すなわちＧ１、Ｇ２を計測の変動は抵抗係数ξ２の変化に起因するものであり、かかる抵抗係数ξ２の変化はプレートの変形、移動が起きていることを示すものに他ならない。したがって、抵抗係数ξ２が一定の値を示すようなプレート間差圧を、過冷却器４の運転条件とし、後はその差圧運転条件にしたがって、当該氷蓄熱システムを本運転させればよい。
【００４７】
図７には、プレート間差圧を変化させた時の凍結頻度を実測した結果を示す。なお凍結頻度は領域（２）での値を基準とした比で表示してある。この図より、領域（３）にてプレート間差圧の運転圧力を決定した場合には、領域（２）で決定した場合に比べて凍結頻度が減少することがわかる。
【００４８】
前記実施の形態で採用された過冷却器４は、水とブラインを向流で熱交換する形式のものであったが、本発明は、水とブラインを並流で熱交換するタイプのものにおいても適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、氷蓄熱システム等に用いるガスケットタイプのプレート式熱交換器によって過冷却水を製造する際に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明において差圧が変動しても抵抗係数が変動しない圧力条件を向流、並流について模式的に示した説明図である。
【図２】本発明が適用される氷蓄熱システムの概要を模式的に示した説明図である。
【図３】図２の氷蓄熱システムに使用したガスケットタイプのプレート式熱交換器の構成を模式的に示した説明図であり、左側の図は正面、右側の図は右側面を示している。
【図４】図２の氷蓄熱システムにおいて圧力損失によって差圧を決定する際の系統の概略を模式的に示した説明図である。
【図５】図４の氷蓄熱システムの過冷却器におけるブライン出口圧−水入口圧と、水側圧力損失およびバイパス流量／過冷却器の水流量との関係を示すグラフである。
【図６】図２の氷蓄熱システムにおいて、バイパス流量／過冷却器の水流量によって差圧を決定する際の系統の概略を模式的に示した説明図である。
【図７】ブラインと水とのプレート間差圧と、凍結頻度、積算製氷時間との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５１】
１    氷蓄熱槽
２、６    ポンプ
４    過冷却器
５    冷凍機
８    過冷却解除装置
１１    プレート
１２    ガスケット
１５    エンドプレート
２０    水配管系
２１    水往管
２２    水還管
２３    第１の圧力計
２４、２５    バルブ
２６、３５    流量計
２７    第２の圧力計
２８    膨張タンク
３０    ブライン配管系
３１    ブライン往管
３２    ブライン還管
３３    第３の圧力計
３６    第４の圧力計
３７    膨張タンク
４１    バイパス管
４２    バイパス流量計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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